一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块及使用方法技术

本发明专利技术提供一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块及使用方法，包括激光晶体，依次设置在激光晶体外部的排孔反射腔、射流水槽，穿过排孔反射腔、射流水槽伸向激光晶体一侧的波导管，设置波导管后部的泵浦源和依次穿过激光晶体固定在射流水槽两端的密封阑、棒压板。本发明专利技术在侧泵模块中通过射流水冷散热，在室温环境下实现大能量2μm激光输出，并提高现有2μm激光器输出能量和光束质量，解决了现有2μm侧泵模块输出能量有限、转换效率低的问题，具有大能量输出、高效率转换以及光束质量好的优点，单个模块产生纳秒脉冲能量可达100mJ以上、转换效率优于10％、光束质量优于1.3，且水冷温度达到室温即可，无需特殊环控就可以在室温下工作，大幅降低了环控要求。大幅降低了环控要求。大幅降低了环控要求。

【技术实现步骤摘要】
一种激光二极管阵列射流冷却2
μ
m激光侧泵模块及使用方法


[0001]本专利技术涉及激光器
，具体涉及一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块及使用方法。

技术介绍

[0002]大能量激光二极管抽运的中波固体激光器一直是全固态激光器的研究重点和热点，广泛应用于相干激光雷达、光电对抗、激光医疗等领域。制约大能量的2μm全固态激光器发展的主要瓶颈之一就是激光增益介质的散热问题。大能量激光的产生必然伴随着大量的热沉积，如果热量无法有效的散走，会引起激光光束质量变差、转换效率降低，进而导致输出能量下降，甚至出现激光晶体破裂的现象。
[0003]目前大能量激光泵浦模块的冷却方法主要有直接水冷和传导冷却两大类。直接水冷主要是用于侧泵激光模块中，例如Nd:YAG激光通过石英管直接浸泡在水中进行散热，所用循环水温度通常在20～25℃。而传导冷却主要是用于端泵激光器、板条激光器等，可以分为三类，一是用紫铜热沉和铟薄将晶体包裹，再结合水循环将热量带走；二是用紫铜热沉和铟薄将晶体包裹，再结合TEC风冷散热将热量带走；三是通过热管技术进行传导冷却，热管内填充液氨等液体，冷却温度一般在零下。这些方法中在一般室温环境下能运转的主要是直接水冷和传导冷却的前两种，其中散热能力最好的直接水冷。
[0004]目前常见的采用激光二极管泵浦的2μm激光晶体主要有铥钬共掺钇铝石榴石晶体(Tm:Ho:YAG)、铥钬共掺氟化钇锂晶体(Tm:Ho:YLF)以及铥钬共掺铝酸钇晶体(Tm:Ho:YAP)等，泵浦源是780～792nm附近的激光二极管，量子效率低导致激光晶体热沉积严重。这些激光晶体均是准四能级晶体，严重的热沉积不仅会影响输出激光质量，还会进一步加剧晶体的上转换效应和再吸收效应，限制了激光晶体的输出能量和转化效率。现有常规冷却方法主要用于1μm激光器，用于2μm大能量激光器由于散热能力有限，会导致热沉积急速加剧，严重限制了2μm激光器的输出能量甚至导致晶体破裂。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决2μm激光模块冷却的问题，提供一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块及使用方法，在侧泵模块中通过射流水冷散热，在室温环境下实现大能量2μm激光输出，并提高现有2μm激光器输出能量和光束质量，解决了现有2μm侧泵模块输出能量有限、转换效率低的问题，具有大能量输出、高效率转换以及光束质量好的优点。
[0006]本专利技术提供一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，包括激光晶体，依次设置在激光晶体外部的排孔反射腔、射流水槽，穿过排孔反射腔、射流水槽伸向激光晶体一侧的波导管，设置波导管后部的泵浦源和依次穿过激光晶体固定在射流水槽两端的密封阑、棒压板；
[0007]排孔反射腔包括排孔反射腔本体和设置在排孔反射腔本体上的波导管安装孔、至少2个射流孔，排孔反射腔本体的形状为中空的圆柱体，激光晶体设置在排孔反射腔本体内
部，波导管安装孔、射流孔均为通孔；
[0008]泵浦源发射泵浦光通过波导管压缩整形后入射到激光晶体，泵浦光单次通过激光晶体后剩余部分由排孔反射腔本体反射；
[0009]激光晶体的形状为圆棒状，激光晶体的外壁与排孔反射腔本体的内壁之间设置水流通道，射流水槽与外界水冷系统相连并储备射流用水，射流用水通过射流孔冲击激光晶体以进行散热，密封阑和棒压板设置排水通道，波导管、排孔反射腔和密封阑固定连接后形成反射腔，射流用水通过反射腔后通过排孔反射腔和密封阑组成的两端水道流出。
[0010]本专利技术所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，作为优选方式，激光晶体的上端面和下端面均镀有2μm激光高透介质膜；
[0011]激光晶体一侧端面按0.5～2
°
角度切割，激光晶体的侧面抛光后镀泵浦光增透介质膜和激光增透介质膜；
[0012]激光晶体两端键合不掺杂激活离子的同种基底材料；
[0013]激光晶体为铥钬共掺钇铝石榴石晶体或铥钬共掺氟化钇锂晶体或铥钬共掺铝酸钇晶体。
[0014]本专利技术所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，作为优选方式，排孔反射腔本体的材质为可伐合金，排孔反射腔本体为沿轴向方向中心对称的结构，排孔反射腔本体的内壁镀有高反金膜，排孔反射腔本体的内壁用于反射未被单次吸收的泵浦光，射流孔均匀分布在排孔反射腔本体上，射流孔的直径为0.2～0.5mm，轴向方向的射流孔间隔角度为10～20
°
。
[0015]本专利技术所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，作为优选方式，射流水槽和波导管的数量均为3个，波导管设置在两个射流水槽之间；
[0016]射流水槽包括射流水槽本体、贯通的设置在射流水槽本体上的进水口和设置在射流水槽本体内部的储水结构，密封阑和棒压板固定在射流水槽本体两端，射流水槽本体与排孔反射腔本体通过焊接连接，射流水槽本体的两端为扇环结构，进水口为快拧水嘴，进水口与外界水冷系统相连，储水结构为凹槽状，储水结构用于储备射流用水。
[0017]本专利技术所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，作为优选方式，波导管包括三列波导管阵列，每列波导管阵列包括两个波导管，波导管使用石英玻璃加工、夹角5到15
°
；
[0018]波导管阵列与射流水槽通过金锡焊接连接。
[0019]本专利技术所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，作为优选方式，泵浦源包括三列半导体激光二级管阵列，每列半导体激光二级管阵列包括两组半导体激光二级管和固定在半导体激光二级管底部的热沉。
[0020]本专利技术所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，作为优选方式，密封阑的数量为2个，密封阑的中间开有与激光晶体直径相同的固定孔，密封阑上沿固定孔中心对称分布6个固定螺纹孔，螺纹孔的内部设置出水道并与外界水冷系统回水管相连；
[0021]密封阑内侧加工三个凹糟，通过凹槽将排孔反射腔与射流水槽固定连接；
[0022]密封阑的材质与排孔反射腔本体相同，密封阑的数量为2个。
[0023]本专利技术所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，作为优选方式，棒压板包括棒压板结构和设置在棒压板结构与密封阑之间的氟橡胶O圈，棒压板结构和氟橡
胶O圈的数量均为2个，棒压板结构和氟橡胶O圈的中心均开有与激光晶体直径相同的通孔，棒压板结构穿过激光晶体后通过氟橡胶O圈固定在密封阑上端，棒压板结构与密封阑通过螺丝固定。
[0024]本专利技术提供一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块的使用方法，泵浦包括以下步骤：泵浦源发射的泵浦光通过波导管压缩整形后入射到激光晶体，泵浦光单次通过激光晶体后剩余部分由排孔反射腔本体反射，排孔反射腔本体的内壁镀有高反金膜。
[0025]本专利技术所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块的使用方法，作为优选方式，泵浦的同时进行散热，散热包括以下步骤：射流水槽与外界水冷系统相连，射流用水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，其特征在于：包括激光晶体(1)，依次设置在所述激光晶体(1)外部的排孔反射腔(2)、射流水槽(3)，穿过所述排孔反射腔(2)、所述射流水槽(3)伸向所述激光晶体(1)一侧的波导管(4)，设置所述波导管(4)后部的泵浦源(5)和依次穿过所述激光晶体(1)固定在所述射流水槽(3)两端的密封阑(6)、棒压板(7)；所述排孔反射腔(2)包括排孔反射腔本体(21)和设置在所述排孔反射腔本体(21)上的波导管安装孔(22)、至少2个射流孔(23)，所述排孔反射腔本体(21)的形状为中空的圆柱体，所述激光晶体(1)设置在所述排孔反射腔本体(21)内部，所述波导管安装孔(22)、所述射流孔(23)均为通孔；所述泵浦源(5)发射泵浦光通过所述波导管(4)压缩整形后入射到所述激光晶体(1)，泵浦光单次通过所述激光晶体(1)后剩余部分由所述排孔反射腔本体(21)反射；所述激光晶体(1)的形状为圆棒状，所述激光晶体(1)的外壁与所述排孔反射腔本体(21)的内壁之间设置水流通道，所述射流水槽(3)与外界水冷系统相连并储备射流用水，所述射流用水通过所述射流孔(23)冲击所述激光晶体(1)以进行散热，所述密封阑(6)和所述棒压板(7)设置排水通道，所述波导管(4)、所述排孔反射腔(2)和所述密封阑(6)固定连接后形成反射腔，所述射流用水通过所述反射腔后通过所述排孔反射腔(2)和所述密封阑(6)组成的两端水道流出。2.根据权利要求1所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，其特征在于：所述激光晶体(1)的上端面和下端面均镀有2μm激光高透介质膜；所述激光晶体(1)一侧端面按0.5～2
°
角度切割，所述激光晶体(1)的侧面抛光后镀泵浦光增透介质膜和激光增透介质膜；所述激光晶体(1)两端键合不掺杂激活离子的同种基底材料；所述激光晶体(1)为铥钬共掺钇铝石榴石晶体或铥钬共掺氟化钇锂晶体或铥钬共掺铝酸钇晶体。3.根据权利要求1所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，其特征在于：所述排孔反射腔本体(21)的材质为可伐合金，所述排孔反射腔本体(21)为沿轴向方向中心对称的结构，所述排孔反射腔本体(21)的内壁镀有高反金膜，所述排孔反射腔本体(21)的内壁用于反射未被单次吸收的泵浦光，所述射流孔(23)均匀分布在所述排孔反射腔本体(21)上，所述射流孔(23)的直径为0.2～0.5mm，轴向方向的所述射流孔(23)间隔角度为10～20
°
。4.根据权利要求1所述的一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，其特征在于：所述射流水槽(3)和所述波导管(4)的数量均为3个，所述波导管(4)设置在两个所述射流水槽(3)之间；所述射流水槽(3)包括射流水槽本体(31)、贯通的设置在所述射流水槽本体(31)上的进水口(32)和设置在所述射流水槽本体(31)内部的储水结构(33)，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祚涵，赵一鸣，李之通，邢羽霄，冉子涵，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：